singleton设计模式的C#实现(上)
2024-07-21 02:20:04
供稿：网友
singleton设计模式的c#实现
电子科技大学 张申 ([email protected])
关键字：singleton 设计模式 同步 c#
1 singleton模式。
singleton（译为单件或单态）模式是设计模式中比较简单而常用的模式。
有些时候在整个应用程序中，会要求某个类有且只有一个实例，这个时候可以采用singleton模式进行设计。用singleton模式设计的类不仅能保证在应用中只有一个实例，而且提供了一种非全局变量的方法进行全局访问，称为全局访问点，这样对于没有全局变量概念的纯面向对象语言来说是非常方便的，比如c#。
本文用一个计数器的例子来描述在c#中如何使用singleton模式：计数的值设计为计数器类的一个私有成员变量，它被4个不同的线程进行读写操作，为保证计数的正确性，在整个应用当中必然要求计数器类的实例是唯一的。
2 singleton的实现方式。
首先看看教科书方式的singleton标准实现的两种方法，以下用的是类c#伪代码：
方法一：
using system;
namespace cspattern.singleton
{
public class singleton
{
static singleton unisingleton = new singleton();
private singleton() {}
static public singleton instance()
{
return unisingleton;
}
}
}
方法二：
using system;
namespace cspattern.singleton
{
public class singleton
{
static singleton unisingleton;
private singleton() {}
static public singleton instance()
{
if (null == unisingleton)
{
unisingleton = new singleton _lazy();
}
return unisingleton;
}
}
}
singleton模式的实现有两个技巧：一是使用静态成员变量保存“全局”的实例，确保了唯一性，使用静态的成员方法instance() 代替 new关键字来获取该类的实例，达到全局可见的效果。二是将构造方法设置成为private，如果使用new关键字创建类的实例，则编译报错，以防编程时候笔误。
上面方法二的初始化方式称为lazy initialization，是在第一次需要实例的时候才创建类的实例，与方法一中类的实例不管用不用一直都有相比，方法二更加节省系统资源。但是方法二在多线程应用中有时会出现多个实例化的现象。
假设这里有2个线程：主线程和线程1，在创建类的实例的时候可能会遇到一些原因阻塞一段时间（比如网络速度或者需要等待某些正在使用的资源的释放），此时的运行情况如下：
主线程首先去调用instance()试图获得类的实例，instance()成员方法判断该类没有创建唯一实例，于是开始创建实例。由于一些因素，主线程不能马上创建成功，而需要等待一些时间。此时线程1也去调用instance()试图获得该类的实例，因为此时实例还未被主线程成功创建，因此线程1又开始创建新实例。结果是两个线程分别创建了两次实例，对于计数器类来说，就会导致计数的值被重置，与singleton的初衷违背。解决这个问题的办法是同步。
下面看看本文的计数器的例子的实现：
使用方法一：
using system;
using system.threading;
namespace cspattern.singleton
{
public class counter
{
static counter unicounter = new counter(); //存储唯一的实例。
private int totnum = 0; //存储计数值。
private counter()
{
thread.sleep(100); //这里假设因为某种因素而耽搁了100毫秒。
//在非lazy initialization 的情况下, 不会影响到计数。.
}
static public counter instance()
{
return unicounter;
}
public void inc() { totnum ++;} //计数加1。
public int getcounter() { return totnum;} //获得当前计数值。
}
}
以下是调用counter类的客户程序，在这里我们定义了四个线程同时使用计数器，每个线程使用4次，最后得到的正确结果应该是16：
using system;
using system.io;
using system.threading;
namespace cspattern.singleton.mutilethread
{
public class mutileclient
{
public mutileclient() {}
public void dosomework()
{
counter mycounter = counter.instance(); //方法一
//counter_lazy mycounter = counter_lazy.instance(); //方法二
for (int i = 1; i < 5; i++)
{
mycounter.inc();
console.writeline("线程{0}报告: 当前counter为: {1}", thread.currentthread.name.tostring(), mycounter.getcounter().tostring());
}
}
public void clientmain()
{
thread thread0 = thread.currentthread;
thread0.name = "thread 0";
thread thread1 =new thread(new threadstart(this.dosomework));
thread1.name = "thread 1";
thread thread2 =new thread(new threadstart(this.dosomework));
thread2.name = "thread 2";
thread thread3 =new thread(new threadstart(this.dosomework));
thread3.name = "thread 3";
thread1.start();
thread2.start();
thread3.start();
dosomework(); //线程0也只执行和其他线程相同的工作。
}
}
}
(接下半部分)
